blog

Jul 06, 2023

Tendências tecnológicas Solar fotovoltaico, química de células de combustível e energia na Lua.

A fragmentação acústica é uma possível chave para a energia solar fotovoltaica mais barata, a computação quântica para o avanço das células de combustível para a mobilidade elétrica e a tecnologia de células de combustível regenerativas da Toyota para a exploração na Lua estão no caminho certo.

A fragmentação acústica é uma possível chave para a energia solar fotovoltaica mais barata, a computação quântica para o avanço das células de combustível para mobilidade elétrica e a tecnologia de célula de combustível regenerativa da Toyota para exploração na Lua estão no radar tecnológico da semana.

As células solares III-V cultivadas a partir de ligas dos grupos III e V da tabela periódica, como o arseneto de gálio (GaAs), são as mais eficientes, mas também caras, o que limitou seu uso a aplicações como a alimentação de satélites no espaço.

Mas isso pode estar prestes a mudar, de acordo com investigadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do DOE dos EUA, que afirmam que a aplicação de ondas sonoras num novo processo denominado 'espalhamento acústico' tem o potencial de reduzir significativamente os seus custos de produção.

A chave é a capacidade de reutilizar repetidamente o substrato sobre o qual as células são cultivadas. Embora a tecnologia existente utilize uma camada de gravação sacrificial, que permite que uma célula seja retirada de um substrato de GaAs para que o substrato possa ser usado novamente, o processo é demorado e deixa um resíduo que requer uma etapa de polimento cara.

Você leu?NREL dos EUA investiga computação quântica em operações de redeAssista a este espaço: a energia solar entra corajosamente em um novo nicho

Em contraste, o spalling, que utiliza ondas sonoras para controlar a fratura, leva segundos, com a fratura dentro do substrato quase paralela à sua superfície e permitindo que a célula seja facilmente removida, revelando uma nova superfície livre de contaminantes de dentro do substrato que não requer polimento.

“Isso é muito promissor para a reutilização de substrato”, disse Kevin Schulte, cientista do grupo PV cristalino de alta eficiência do NREL e principal autor do estudo.

“Isso por si só não tornará as células solares III-V econômicas, mas como parte deste portfólio de pesquisa, estamos tentando abordar os custos de vários ângulos diferentes.”

Os pesquisadores conseguiram fazer uma célula em um substrato previamente fragmentado com uma eficiência certificada pelo NREL de 26,9% – semelhante à de um novo substrato.

No entanto, pesquisas adicionais são necessárias para determinar quantas vezes o substrato pode ser reutilizado após ser submetido ao lascamento acústico.

As células de combustível são uma opção emergente para a mobilidade futura, sendo a sua competitividade dependente da melhoria do desempenho e da redução de custos.

Isto, por sua vez, depende de uma compreensão mais profunda dos processos químicos envolvidos, mas a modelagem é complexa e desafiadora. Além disso, com as propriedades quânticas dos mecanismos químicos envolvidos, são bons candidatos para computadores quânticos – razão pela qual o Grupo BMW e a Airbus se uniram à empresa de tecnologia quântica Quantinuum.

As três empresas desenvolveram agora um fluxo de trabalho híbrido quântico-clássico para acelerar essas pesquisas usando computadores quânticos e relataram modelar com sucesso a reação de redução de oxigênio, que converte hidrogênio e oxigênio em água e eletricidade em uma célula de combustível. É relativamente lento e requer uma grande quantidade de catalisador de platina, por isso há grande interesse e valor na melhor compreensão dos mecanismos subjacentes envolvidos na reação.

Dr. Peter Lehnert, vice-presidente de Tecnologias de Pesquisa do BMW Group, afirma que a circularidade e a mobilidade sustentável estão nos colocando na busca por novos materiais para criar produtos mais eficientes e moldar a futura experiência do usuário.

“Ser capaz de simular propriedades de materiais com precisão química relevante com os benefícios da aceleração do hardware de computação quântica está nos dando as ferramentas certas para mais velocidade na inovação neste domínio decisivo.”

As empresas pretendem investigar vários desafios industriais e acreditam que a abordagem poderá trazer amplos benefícios, como para baterias metal-ar, entre outros.

A Toyota está a trabalhar num projecto para fornecer a sua tecnologia de células de combustível regenerativas, desenvolvida a partir daquela desenvolvida para os seus veículos rodoviários, para alimentar um veículo lunar pressurizado, apelidado de 'Cruzador Lunar'.